JPH09328631A - 有機珪素化合物で変性された珪酸塩充填剤をベースとする低ダストで、良好な分散性の顆粒及びその製法及びこれを含有するゴム混合物 - Google Patents
有機珪素化合物で変性された珪酸塩充填剤をベースとする低ダストで、良好な分散性の顆粒及びその製法及びこれを含有するゴム混合物Info
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Abstract
び加硫可能なゴム混合物中におけるその顆粒の使用。 【解決手段】 この顆粒は、珪酸塩充填剤をベースとす
る顆粒であって、有機珪素化合物で変性された表面を有
する。
Description
変性された珪酸塩充填剤をベースとする低ダストで良好
な分散性の顆粒、その製造及び使用に関する。
ることは、この前処理により、酸化物充填剤と最も変化
した化学組成の有機高分子との間の結合を改善させ、そ
のことにより高分子中の充填剤の強化特性を改良する目
的のために知られている。この目的のために、例えば当
該有機珪素化合物を有機溶媒中に溶解させ、次いで、こ
の溶液で例えば粘土を処理することが可能である(米国
特許第322767号、HUBER)。米国特許第35
67680号明細書から、水中に懸濁したカオリンをメ
ルカプト−及びアミノシランで変性することは知られて
いる。しかしながら、この場合に、この有機珪素化合物
は変性のために必要な量で水溶性であるが、この場合に
充填剤の処理は溶液から行われる。
面が2つの型の有機珪素化合物で処理される酸化物珪酸
塩充填剤に関する。この酸化物粒子は、それらが水に対
してより大きな親和性を有し、さらに一層容易に水系に
分散できるように処理されている。
含有する有機珪素化合物の使用は、米国特許第4076
550号明細書から既知である。この化合物は、シリカ
と混合しても使用できるが、これらは熱的な前処理がさ
れておらず、限られた貯蔵安定性を有するのみである。
ヨーロッパ特許第0126871号明細書は、珪酸塩充
填剤の表面を水不溶性の有機珪素化合物の水性エマルジ
ョンで変性する方法を記載している。
く溶媒の存在しない状態で実施される方法に関するが、
実際の経験が示すように、ある種の有機珪素化合物に対
しては実用的ではない。
(B1)は、最初に室温で高効率ミキサー中で、次いで
高温で反応させるという二段階の製造方法において、溶
媒及び水の不存在下にシランを充填剤と共にホモジナイ
ズする方法を記載している。
プシル(Coupsil、登録商標)という名称で約3
年間販売されてきた。これらが粉末の形で生成するとき
には、付加的な造粒工程により所望の低ダスト形に変換
しなければならない。これを従前の技術により実施する
場合には、満足度の低い分散性が期待されるだけであ
る。
とを記載しているその他の特許は、ヨーロッパ特許第0
177674号(B1)である。この場合には、シリカ
を水中に懸濁させ、乳化剤を添加した水性シランエマル
ジョンと混合し、次いで高温で乾燥する。この場合にお
いても、低ダスト生成物を製造するためには付加的な造
粒工程が行われねばならず、これは変性された物質の分
散性を損なうことが知られている。
第0177674号に従って得られる生成物は、有機シ
ランのアルコキシシリル基と使用された珪酸塩充填剤の
表面上のシラノール基との反応の後で、この反応はアル
コールを放出して行われるので、アルコキシ基の一部は
未反応の表面上に残るという特徴を有する。
生成物を貯蔵する間に、これらの基はさらに望ましくな
い態様で反応して、アルコールを放出する。押し出しの
操作の間におけるようなゴム粒子の製造時の処理の間で
も、アルコール放出は孔を形成させ、それゆえ、顆粒物
のゴムの工業的特性を損なわしめる。
らに処理して、生成物を加硫するまでの全製造工程の間
に、アルコールが生じ、そして大気中に放出されるが、
これは作業環境衛生に関する今日の要求を最早満足しな
い。
珪素化合物で変性された沈澱珪酸塩充填剤をベースとす
る低ダストで、良好な分散性の顆粒を製造する方法であ
る。使用される有機珪素化合物は、充填剤の表面のOH
基と完全に反応すべきである。
造され、そして、一般式: [R1 n(R−(CH2)iO)3- nSi−(CH2)y−(CH2)z]q[B] (I) [式中、 B:−SCN、−SH、−Cl、−NH2(q=1のと
き)又は−Sx−(q=2のとき)であり、硫黄を含む
シランが好ましい、 R及びR1:1〜4個の原子を有するアルキル基であ
り、ここで、すべてのR及びR1基はそれぞれの場合同
一又は異なる意味を有することができる、 R:付加的なHであり、 n:0、1又は2であり、 y:0〜19、殊に0〜4であり、 z:1であり、 i:1であり、 x:2〜8の数であり、その際、アルコキシ基の反応の
程度は13C−NMR−分光器を用いて得られるシグナル
の積分の割合の形で与えられ、そして以下の値を示す:
トで良好な分散性の顆粒を提供する。
ないアルコキシ基は少なくなる。本発明によれば、実質
的に0の値が得られる(実施例4を参照)。qが2であ
る化合物に対する≦0.4の値は、従前の方法により知
られている使用の形の場合では常に越えている。
シラン)をゴム混合物に直接添加すること(インシトゥ
ーの方法)及びヨーロッパ特許第0442143号(B
1)と同第0177674号(B1)の方法により得ら
れる生成物が言及されるかもしれない。
り、この場合、本発明に従えば値は≦0.15、好適に
は≦0.1であることが判明している。
有し、変性の後に、顆粒は35〜400m2/g、特に
100〜250m2/gの比表面積(N2・BET)、3
5〜350m2/g、特に100〜250m2/gのCT
AB表面積及び100〜300ml/100g、特に1
50〜250ml/100gのDBP数値を有すること
を特徴とする顆粒をも提供する。
む、従来の方法で知られているものよりも一層流動性の
顆粒である。この容積密度は、180〜280g/l、
好適には210〜230g/lの範囲である。
される方法により製造される。流動層スプレー顆粒の原
理は、現実には従来技術の構成部分である(Chem.
Ing.Techn.62(1990)第822〜83
4頁)。
使用及び特に有機珪素化合物と造粒の間に生ずる造粒さ
れるべき充填剤との反応は、新規である。
下の工程よりなることにより特徴付けられる: a)1〜5のpHを有する珪酸塩充填剤の水性懸濁液の
製造、 b)この懸濁液及び式(I)の化合物1種以上を熱空気
と共に形成された流動層へスプレー又はノズル−噴射す
る、 c)所望の粒径の有機珪素化合物で変性された生じる湿
った顆粒を取り出す、 d)適宜、異なる温度段階での顆粒の乾燥、 e)適宜、微細な部分を分離させ、それを流動層に戻
す、 f)顆粒のpHを5.5〜8.5、好適には6〜7.5
に調節する。
れる。
般には沈澱法により得られる。出発物質は、アルカリ珪
酸塩溶液、好適にはソーダ水ガラス(soda wat
erglass)であり、これから例えば酸の添加によ
り非晶質のシリカが沈澱される。もし沈澱時に使用され
る酸が水ガラスと易溶性の沈殿物を形成しない金属塩で
一部又は全部が置換されている場合には、珪酸カルシウ
ム及び珪酸アルミニウムのような珪酸金属塩が得られ
る。沈澱により得られる懸濁液を、反応の間に生ずる塩
が可能な限り広範囲に洗い流される充填剤プレス中に移
す。こうして製造されたフィルターケーキは、有利に本
発明の工程a)の方法において使用され:沈澱法及びそ
の後の濾過工程の後に得られるフィルターケーキを、有
利には15〜30%の硫酸を添加し、剪断力を使用して
液化させることにより、17〜24%の固体含有率を有
する珪酸塩充填剤の水性懸濁液であって、そのpHが1
〜5であるものを製造する。
な懸濁物を製造するのに充分な量で使用される。
て流動層に供給されるように、有機珪素化合物を懸濁液
中に混入することもできる。しかしながら、固体懸濁液
及び有機珪素化合物を別個のノズルを通して、しかし同
時に流動層中に計量供給することも同様に可能である。
この化合物の量は、一般には0〜25重量%、有利には
5〜12重量%である。使用されるべきシランの最大濃
度は、文字どおり、使用される珪酸塩充填剤、特にシリ
カの比表面積に比例する。
除去による静止操作により補償され、この際、顆粒は抽
出空気の意図的な操作手段により排出パイプを介して所
望の粒径から粒状物を吸出される。乾燥空気で乾燥室か
ら抽出される微細なダストは分離され、そして固体の核
として造粒工程に戻される。本発明により得られる構成
の顆粒がシリカ充填剤及び有機珪素から製造される場合
には、流動層の温度は、一般に、150〜600℃、有
利に250〜400℃の注入温度の場合、40〜55℃
である。造粒工程から取り出される湿った顆粒を、一般
には30〜55℃で流動層ドライヤー中で所望の最終物
の湿度まで乾燥させ、適宜、約150℃の最大生成物温
度になるまで熱処理する。その後、例えばアンモニアに
より、実用的に適切なpH、好ましくは7の中和点付近
まで中和させる。
入空気の高温度にも拘わらず、流動層中での造粒の間に
シランは損傷されない。流動層中の温度及びその後に取
り出された湿った顆粒の水分含量は、実質的には達成可
能な粒径を決定する。125〜600μの間の可能な限
り狭い粒子スペクトルを有する顆粒は、本発明により付
加的な結合剤を使用することなく、有利に55〜70重
量%、特に63〜67重量%の湿った顆粒の水分含有率
で得られる。
は、さらに流動層乾燥機中で所望の最終生成物の湿分ま
で乾燥させ、そして場合により熱処理される。空気量
(/速度)に関して、この乾燥機は、一方では顆粒の破
壊が起こらないようにし、他方では微細なダストが所望
の低粒径から取り除かれるように設計されるべきであ
る。
との間の反応生成物を加硫可能なゴム混合物中での使用
を提供し、これは、混合物がゴム100部に対して5〜
150部、特に15〜80部のこの生成物を含有するこ
とにより特徴づけられるものである。本発明による反応
生成物は、捏和機又はローラーのいずれかの上で、ゴム
工業において慣用の方法によりゴム混合物に添加され
る。
に対して0〜100部の量のカーボンブラックが付加的
に存在してもよい。
はない。
9に記載されているように、すべての型のゴム中におい
て使用でき、これは促進剤/イオウにより又過酸化物に
より架橋結合させることができる。この場合、言及する
価値のあるものは、個々のポリマー又は天然ゴム、ブタ
ジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエン−スチレンゴ
ム、特に溶液重合方法により製造されるSBR、ブタジ
エン−アクリロニトリルゴム、ブチルゴム、エチレン、
プロピレン、非共役ジエンのターポリマーのような他の
ゴムと混合された形のエラストマー、天然及び合成の、
油展の又はその他のものであろう。次の付加的なゴムも
又引用したゴムとのゴム用混合物と考えることができ
る:カルボキシルゴム、エポキシドゴム、トランス−ポ
リペンテナマー、ハロゲン化ブチルゴム、2−クロロ−
ブタジエンのゴム、エチレン/ビニルアセテート共重合
体、エチレン/プロピレン共重合体、天然ゴム及び変性
天然ゴムの適当な化学的誘導体。慣用の更なる成分、例
えば天然充填剤、可塑剤、安定剤、活性化剤、顔料、抗
老化剤及び加工助剤も慣用の配量で既知である。
コンベヤーベルト、シール、V−ベルト、ホース、靴底
のようなあらゆるゴムの用途に使用され、この場合、そ
れは特にモジュール、摩耗抵抗性及び損失角tanδ
(60゜C(≒回転抵抗)における著しい、特に良好な
ゴム工業的特性プロフィールにより区別される。
成物を使用して製造されるゴム混合物及び加硫物を提供
する。本発明により製造される顆粒は、既知の技術から
知られる生成物が有しない、通常のものにはない数多く
の特性を有している。
応は完璧に進行するので、遊離のアルコキシ基は実質的
に検出されない。このことにより高い貯蔵安定性及び改
良されたゴム混合物への取込性(incorporability)が
もたらされる。
0メッシュ(74ミリ)以下の粒径のものが0.5〜5
重量%であり、明らかに既知の変性されていないシリカ
顆粒(VN3/VN2粒状物)のそれよりも小さい。
故に、例えばバケットコンベヤー、振動管等を通じて移
送でき、かつ容易に配量できる。
は安価な包装を可能とする。
この顆粒はゴム混合物への良好な取込に必要な容易な分
散性を有する。
ず、造粒工程にもかかわらず、DBP値において実質的
な減少を示さない。
ラスルフィド(Degussa AG) ブナ(Buna) VSL 5025 1HM スチ
レンブタジエンゴムをベースとする重合溶媒(Bayer A
G) ブナ CB 11S ポリブタジエンゴム(Bayer A
G) ナフトレン(Naftolen)ZD 芳香可塑剤(Chemetal) ブルカノックス(Vulkanox)4020 ベース上の染
色性抗酸化剤(BayerAG) プロテクター(Protector)G35 抗オゾンワック
ス(Fuller) ブルカシット(Vulkacit)D ジフェニルグアニジン
(Bayer AG) ブルカシットCZ ベンゾチアジル−2−シクロヘキ
シルスルフェンアミド(Bayer AG) ウルトラシル(Ultrasil)3370 GR 175m
2/gのBET表面積を有する沈澱シリカ(Degussa A
G) ヨーロッパ特許第0442143号B1で得られた変性
された生成物 ウルトラシル3370及びSi69(7.4%)から製
造されたクープシル(Coupsil)VP7108、開発生
成物(development product)(Degussa AG) ヨーロッパ特許第0177674号B1により得られた
変性された生成物 ウルトラシル及びSi69(7.4%)から製造される
開発生成物(Degussa AG) VTM3/VTM4 本発明により得られる反応生成
物、ウルトラシル3370フィルターケーキとSi69
(7.4%)から製造された(Degussa AG)。
H2SO4(25%)0.15kgを添加しながら、ウル
トラシルBV3370フィルターケーキ(78%H2O
対22%固体)120kgを液化させる。Si69
2.112kgを添加し、タンクの内容物を撹拌しなが
ら室温でホモジナイズする。全混合時間は30分を越え
ない。酸性の液化されたフィルターケーキ/Si69混
合物のバッチが常に利用しうるように、上記の方法を他
の混合容器内で繰り返す。酸性の液化されたフィルター
ケーキ/Si69混合物を、約40℃で加熱されたスプ
レー造粒機中へ連続的に注入する。約63%の水分含有
率を有する固体顆粒がスプレー造粒機流動層内で生じ、
300℃までの導入空気温度をもつ流動層乾燥機に連続
的に移送させる。
粒は、流動層乾燥機内で約140℃の最高生成物温度に
することにより0〜5%の水分含量まで乾燥させる。同
時にこの顆粒をアンモニアにより5.5〜8.5の間の
pHで沈澱させる。
74kg/hを最終生成物サイロ中に移送する。
体分光器を使用する、シランにより変性された生成物の
試験 分光器:ブルカー(Bruker)AM250 7ミリの回転
機に対する固体アタッチメント 測定周波数:62.9MHz スピナー頻度:約4KHz 緩和の遅れ(Relaxation delay):3秒 90゜パルスH−1:7.6μs 接触時間:3.25ms この実施例は、ウルトラシル3370GRとSi69と
の反応生成物に対する図1に記載のスペクトルで説明さ
れる。
ルコキシ基に対する係数はシグナルIV+Vの積分の割
合から測定できる。実施例2において、この割合は具体
的実施例において測定されている。
エタノールの量によるシリカと有機シランとの間の反応
の度合いの測定13 C−NMR固体分光器を用いるシリカ含有ゴム混合物
中のシランのアルコキシ基の反応を測定することはでき
ないので、他の試験法を使用することが必要である。
シランを添加すると、混合工程の間にアルコールの放出
が起こる。このアルコールは、ゴム混合物から捏和機シ
ャフト中へ、そしてさらに捏和機の抽出系へ逃れる。捏
和機のシャフト上の測定管を用いて、シリカ/シラン反
応から放出されるアルコールを定量的に測定することが
可能である。これは、以下の測定及び機器パラメーター
がセットされた炎イオン化検出器を使用することにより
行われる。この測定は、VDI3481第一部に従って
実施される。
D アナライザーRS53 測定範囲のセット:0−100(0−1000)ppm
C1 分析限度:測定範囲セットの0.1% サンプリングプローブ:テフロンコア及び石英ウールフ
ィルターを有する加熱した線 測定値のプロット:2チャンネルのセルボゴルプロッタ
ー(servogor plotter)RG6
分の係数(factor)は、理論的に可能なエタノールの放
出量と実際に放出された量との間の割合から測定でき
る。
置、分散分析器EMD−4000−W7を用いる粗さ測
定により決定される。
造者により提供される切断装置を使用して、2ミリの加
硫物パネル(実施例3)を切り出し、装置の製造者によ
り供給される保持装置内に取り付ける。加硫物の表面
を、ダイヤモンド針で走査し、分散により生成された表
面の粗さを測定する。この方法は分散についての定量的
な記述を与え、装置はパラメータF2H(ここでFはピ
ークの数を意味し、そしてHはその平均高さを意味す
る)を測定する。このパラメータが低ければ低いほど、
加硫物試料中の充填剤の分散性は良い。
第0442143号B1及びヨーロッパ特許第0177
674号B1によるインシトゥーのシラン添加及び変性
前の生成物との間の比較
の程度の測定 実施例1による処方1において、シリカ充填剤及びSi
69を以下の混合方針に従って反応させ、これにより放
出されるエタノールをC)項に記載されているように、
炎イオン化検出器を用いて最初の混合段階の間に測定す
る。
方針第1段階: 混合装置:ウエルナー ウント フライデル(Werner u
nd Pfleiderer)、GKN3.65リットル フリクション: 1:1.11 RPM:50 ダイ圧:5.5バール 空時容積:3.65 l 充填の度合:0.70 冷却剤温度:50℃ 0′−1′ ブナ VSL 5025 1HM、ブナ
CB 11S 1′−3′ 充填剤、Si69、ZnO、ステアリン
酸、ナフトレンZD、ブルカノックス4020、プロテ
クターG35 3′ クリーニング 3′−5′ さらに混合 5′ 回収 バッチ噴出温度:162℃ 中間体貯蔵:24時間/室温第2段階: 混合装置:ウエルナー ウント フライデル、GKN
3.65リットル フリクション: 1:1.11 RPM:30 ダイ圧:5.5バール 空時容積:3.65 l 充填の度合:0.68 冷却剤温度:80℃ 0′−1.5′ バッチ第1段階、促進剤、イオウ 1.5′ 回収 バッチ噴出温度:106℃ 中間体貯蔵:− 各捏和機工程の後で、以下のようにバッチを回転機上で
処理した: 左方に3回、右方に3回切断 3回狭く、3回広く回転 シート 回収。
15.25g
シシリル基の3個のエトキシ基のうちの1.8は反応し
ていなかった。
ーロッパ特許第0442143号B1、ヨーロッパ特許
第0177674号B1による種々の製法の生成物及び
本発明によるVTM4生成物の反応の程度(=未反応エ
トキシ基)の測定 a)ヨーロッパ特許第0442143号B1による生成
物を図2に示す。
1による生成物を図3に示す。
図4に示す。
のシラン−変性生成物の貯蔵安定性 シランで変性された生成物の貯蔵の間の係数Fの進行
は、以下の図5から理解できる。
び/又はヨーロッパ特許第0442143号B1による
生成物は、貯蔵の間にアルコール(エタノール)を失う
のに対して、本発明による生成物の“VTM3”はアル
コキシ基が存在しない故に完全に安定している。この場
合、VTM4に対比して、約150℃の生成物温度がセ
ットされている。
る、貯蔵後の試料の強度比を示す図である。
生成物の分光スペクトル。
生成物の分光スペクトル。
生成物の分光スペクトル。
ル。
料の強度比を示す図。
Claims (11)
- 【請求項1】 沈澱により製造され、そして一般式: [R1 n(R−(CH2)iO)3 −nSi−(CH2)y−(C
H2)z]q[B] [式中、 B:−SCN、−SH、−Cl、−NH2(q=1の場
合)又は−Sx−(q=2の場合)、 R及びR1:C−原子数1〜4のアルキル基、ここで、
すべてのR及びR1は各々の場合、同一又は異なる意味
を有することができる、 R:付加的なH、 n:0、1又は2、 y:0〜19、 z:1、 i:1、 x:2〜8の数であり、その際、アルコキシ基の反応度
は13C−NMR−分光器を用いて得られるシグナルの積
分割合の形で与えられ、かつ以下の値を示す: 【化1】 ]の有機珪素化合物で変性された珪酸塩充填剤をベース
とする低ダストで、良好な分散性の顆粒。 - 【請求項2】 顆粒がベースとして沈澱シリカを含有
し、そして変性の後に顆粒が35〜400m2/g、特
に100〜250m2/gの比表面積(N2・BET)、
35〜350m2/g、特に100〜250m2/gのC
TAB表面積及び100〜300ml/100g、特に
150〜250ml/100gのDBP値を有すること
を特徴とする、請求項1記載の顆粒。 - 【請求項3】 顆粒が広範囲の球状粒子を含有すること
を特徴とする、請求項1又は2記載の顆粒。 - 【請求項4】 次の工程: a)1〜5のpHを有する珪酸塩充填剤の水性懸濁液を
製造、 b)熱空気と共に流動層中にこの懸濁液及び式(I)の
化合物1種以上をスプレー又はノズル−噴射する、 c)有機珪素化合物で変性され、所望の顆粒寸法を有す
る生じた湿っている顆粒を取り出す、 d)この顆粒を適宜異なる温度段階で乾燥させる、 e)適宜、微細な部分を分離させ、そしてこれらを流動
層に戻す、 f)顆粒のpHを5.5〜8.5、好適には6〜7.5
に調節する、より成ることを特徴とする、請求項1から
3までのいずれか1項記載の顆粒を製造する方法。 - 【請求項5】 a)の方法は、次のようなものである:
沈澱工程後に得られるフィルターケーキを液化させ、次
いで硫酸を添加しそして剪断エネルギーを使用すること
による濾過工程により、17〜24%の固体含有率を有
する珪酸塩充填物の水性懸濁液を製造する、請求項4記
載の方法。 - 【請求項6】 b)の方法は次のとおりである:式
(I)の化合物1種以上を予め均一に分散した懸濁液を
多−成分ノズルを介して熱空気と共に形成された流動層
にスプレー又はノズル−噴射させる、請求項4又は5記
載の方法。 - 【請求項7】 有機珪素化合物を充填剤に対して0〜2
5重量%の量で懸濁液に添加する、請求項4から6まで
のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項8】 全重量に対して55〜70重量%の水含
有率を有する湿った顆粒を取り出す、請求項4記載の方
法。 - 【請求項9】 沈澱シリカの懸濁液を使用する、請求項
4から7までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項10】 希硫酸でフィルターケーキを液化させ
ることにより沈澱シリカを製造する際に生ずるフィルタ
ーケーキから懸濁液を得る、請求項4から7及び9のい
ずれか1項記載の方法。 - 【請求項11】 請求項1から3までのいずれか1項記
載の顆粒を含有する、加硫されたゴム混合物。
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